皮劃艇激流回旋航道水流的數(shù)值模擬與力量測試

前言

皮劃艇激流回旋項目在我國于2001年開始增設(shè)，雖然起步較晚，但已獲得亞洲冠軍和第二十七屆奧運(yùn)會決賽資格的好成績。由于參加奧運(yùn)會的需要，國家體育總局組織了科技攻關(guān)小組，攻關(guān)小組不僅對皮劃艇激流回旋項目的技術(shù)進(jìn)行了研究，而且在理論上進(jìn)行了探討。激流回旋項目的運(yùn)動技術(shù)實際上并沒有一個定式，技術(shù)規(guī)范只是表面現(xiàn)象。技術(shù)應(yīng)該與水流的變化有機(jī)地結(jié)合，技術(shù)的好壞應(yīng)該以能否適應(yīng)水流的變化為標(biāo)準(zhǔn)。因此，只有提高對場地的水流特征的認(rèn)識，才能對激流運(yùn)動技術(shù)運(yùn)用有實質(zhì)上的理解，運(yùn)動技術(shù)水平才能有質(zhì)的飛躍。為了解決這一問題，盡快提高我國運(yùn)動員對場地和水流的認(rèn)識，就必須對激流回旋賽道的水流特征進(jìn)行研究分析。皮劃艇激流回旋比賽賽道千變?nèi)f化，水流的大小也不一樣，然而它還是存在一些規(guī)律可循。本書介紹了流體力學(xué)、水力學(xué)基本原理和CFD的基本方法；用明渠恒定非均勻流的基本微分方程，計算南京激流回旋航道水面高程的沿程變化規(guī)律；再采用混合有限分析法求解激流回旋航道水流的速度分布規(guī)律，采用SIMPLER算法對水位場進(jìn)行了求解；利用FLUENT軟件、標(biāo)準(zhǔn)的k一￡模型對皮劃艇激流回旋航道典型障礙物水流特征進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。通過與已發(fā)表文章中實測算例進(jìn)行對比，本書的計算結(jié)果與實測結(jié)果吻合較好，為皮劃艇激流回旋運(yùn)動技術(shù)理論上的研究推進(jìn)了第一步。激流回旋項目是一個以體能為主導(dǎo)的速度和技能要求高的項目。它對腿、腰、腹、臂等力量有極高的要求，不僅需要運(yùn)動員以最快的速度在最短的時間內(nèi)劃完全程路線，而且還要準(zhǔn)確無誤地穿越順?biāo)T和逆水門，甚至在翻船的情況下，完成愛斯基摩翻滾，所以它是一個對力量和技術(shù)要求極高的項目。

內(nèi)容概要

　　激流回旋項目是一個以體能為主導(dǎo)的速度和技能要求高的項目。《皮劃艇激流回旋航道水流的數(shù)值模擬與力量測試》介紹了流體力學(xué)、水力學(xué)基本原理和CFD的基本方法；用明渠恒定非均勻流的基本微分方程，計算南京激流回旋航道水面高程的沿程變化規(guī)律；再采用混合有限分析法求解激流回旋航道水流的速度分布規(guī)律，采用SIMPLER算法對水位場進(jìn)行了求解；利用FLUENT軟件、標(biāo)準(zhǔn)的k-ε模型對皮劃艇激流回旋航道典型障礙物水流特征進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。通過與已發(fā)表文章中實測算例進(jìn)行對比，《皮劃艇激流回旋航道水流的數(shù)值模擬與力量測試》的計算結(jié)果與實測結(jié)果吻合較好，為皮劃艇激流回旋運(yùn)動技術(shù)理論上的研究推進(jìn)了第一步。

作者簡介

易名農(nóng)，男，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師。1961年3月生于武漢市武昌區(qū)。1983年畢業(yè)于湖北大學(xué)物理系，分配到武漢體育學(xué)院競技體校任教，2000年武漢體育學(xué)院生物力學(xué)碩士畢業(yè)，2007年武漢理工大學(xué)流體力學(xué)博士畢業(yè)。現(xiàn)任武漢體育學(xué)院體育工程與信息技術(shù)系副主任。主要研究方向為水上運(yùn)動訓(xùn)練方面的力學(xué)分析，主持過2004年國家體育總局奧運(yùn)會重點攻關(guān)項目1項，廳局級課題2項，合著《運(yùn)動生物力學(xué)》，專著2本，獲得3項省部級科技進(jìn)步獎，發(fā)表學(xué)術(shù)論文10余篇，其中被三大檢索EI收錄論文1篇，參加國家自然科學(xué)基金、國家體育總局等省部級項目10余項。

書籍目錄

第一章 皮劃艇激流回旋運(yùn)動發(fā)展簡史(1)第一節(jié) 世界皮劃艇運(yùn)動的起源和發(fā)展(1)第二節(jié) 我國皮劃艇運(yùn)動的發(fā)展(3)第三節(jié) 皮劃艇激流運(yùn)動的研究現(xiàn)狀(4)第二章 皮劃艇激流航道水流的基本特征(7)第一節(jié) 皮劃艇激流航道概況(7)第二節(jié) 皮劃艇激流航道水流的基本特征(8)第三節(jié) 激流皮劃艇技術(shù)的分析(11)第三章 流體力學(xué)基礎(chǔ)(15)第一節(jié) 基本概念(15)第二節(jié) 流體靜力學(xué)(21)第三節(jié) 流體運(yùn)動的基本概念和基本方程(27)第四章 激流回旋航道的水力計算(34)第一節(jié) 航道恒定流動基礎(chǔ)(34)第二節(jié) 計算過水?dāng)嗝嬉氐墓?40)第三節(jié) 梯形斷面航道的水力計算(43)第四節(jié) 水力最佳斷面航道的計算(51)第五章 南京激流回旋比賽航道水流特性的數(shù)值模擬(55)第一節(jié) 皮劃艇激流回旋比賽航道沿程水深變化的計算(55)第二節(jié) 激流回旋比賽航道流場特性的數(shù)值模擬(58)第三節(jié) 激流回旋比賽航道水流計算(62)第六章 不可壓縮粘性流動的數(shù)值模擬(71)第一節(jié) 數(shù)值模擬的常用軟件(72)第二節(jié) 數(shù)值模擬的離散方法(74)第三節(jié) 數(shù)值模擬的湍流模型(76)第四節(jié) 自由液面的數(shù)值模擬(76)第五節(jié) 計算網(wǎng)格(78)第六節(jié) 數(shù)值模擬結(jié)果的可視化(79)第七章 FLUENT簡介(81)第一節(jié) 程序的結(jié)構(gòu)(81)第二節(jié) 網(wǎng)格的類型(83)第三節(jié) 邊界條件的處理(84)第四節(jié) 操作壓力的確定(88)第五節(jié) 湍流模型(88)第六節(jié) 求解器(91)第八章 皮劃艇激流回旋航道典型障礙物水流特征的數(shù)值模擬(95)第一節(jié) 實際丁壩尺寸和網(wǎng)格劃分(96)第二節(jié) 數(shù)值計算方法(98)第三節(jié) 數(shù)值計算結(jié)果及分析(98)第九章 皮劃艇激流回旋項目力量素質(zhì)的測試與評價(111)第一節(jié) 激流回旋項目的力量測試原理與設(shè)備(111)第二節(jié) 激流回旋項目的力量測試指標(biāo)體系(113)第三節(jié) 激流回旋項目的力量測試評價體系(116)第四節(jié) 力量測試結(jié)果與分析(121)參考文獻(xiàn)(150)

章節(jié)摘錄

插圖：一、雷諾時均模型這是目前應(yīng)用最廣泛的湍流數(shù)值模擬方法，模型分為兩大類：雷諾應(yīng)力模型和渦粘模型。雷諾應(yīng)力模型又分為雷諾應(yīng)力方程模型和代數(shù)應(yīng)力方程模型。通常情況下，雷諾應(yīng)力方程是微分形式，所以稱為雷諾應(yīng)力方程模型。若將其微分形式簡化為代數(shù)方程的形式，則稱為代數(shù)應(yīng)力方程模型。渦粘模型是基于Boussinesq假定的紊動粘性模型，它分為零方程模型、一方程模型和二方程模型。在二方程模型中應(yīng)用最廣泛，最基本的二方程模型是標(biāo)準(zhǔn)k_E模型，此外，還有各種改進(jìn)的k-e模型。有關(guān)各類雷諾時均湍流模型的特點及應(yīng)用可參見文獻(xiàn)。二、大渦模擬模型（LES）在湍流流動的模擬過程中，既要求計算區(qū)域大到湍流流動中出現(xiàn)的最大尺度渦，又要求計算網(wǎng)格的尺度小到可以分辨湍流流動出現(xiàn)的最小尺度渦。就目前的計算能力模擬全尺度的渦存在困難，再則小尺度渦的運(yùn)動受流動邊界條件的影響很小，且近似是各相同性的，湍流流動中大部分質(zhì)量、動量或能量的輸運(yùn)主要來自于大渦運(yùn)動。因此，如果用瞬時的N-S方程直接模擬湍流中的大尺度渦，不直接模擬小尺度渦，而將比網(wǎng)格尺度小的小渦對大渦的影響通過近似的模型來考慮，使得通過模型提供的計算在整個求解中只占很小的比重，降低最終結(jié)果對模型的依賴性，從而達(dá)到提高計算精度的目的，這就是大渦模擬的基本思想。大渦模擬方法是目前計算流體力學(xué)研究和應(yīng)用的熱點之一。

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《皮劃艇激流回旋航道水流的數(shù)值模擬與力量測試》是由中國地質(zhì)大學(xué)出版社出版的。

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